武 乾， 黃太興， 胡 鑫， 耿 婧， 向 銳

(西安建筑科技大學(xué) a. 管理學(xué)院； b. 土木工程學(xué)院， 陜西 西安 710055)

根據(jù)我國(guó)公布的前八批全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位，其中擁有舊工業(yè)建筑群的單位有130家，涉及機(jī)械、建材、冶金、汽車(chē)等多種行業(yè)。這些工業(yè)文物建筑物按照結(jié)構(gòu)類(lèi)型可分為7種，相應(yīng)占比如圖1所示，本文研究對(duì)象為具有排架結(jié)構(gòu)的單層鋼筋混凝土工業(yè)文物建筑。在第七批全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位中，擁有近現(xiàn)代工業(yè)建(構(gòu))筑物群的單位有53家，超過(guò)了前六批全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位的近現(xiàn)代工業(yè)遺產(chǎn)單位數(shù)量之和，由此可見(jiàn)，隨著政府的介入，我國(guó)對(duì)舊工業(yè)建筑保護(hù)力度逐漸加大[1]，越來(lái)越多的舊工業(yè)建筑被評(píng)為國(guó)家文物，而受到重點(diǎn)保護(hù)。經(jīng)實(shí)地調(diào)研我國(guó)多座工業(yè)文物建筑群發(fā)現(xiàn)，這些建筑物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件老化，結(jié)構(gòu)受力傳遞路徑不清晰，大量單層鋼筋混凝土工業(yè)文物建筑面臨著混凝土構(gòu)件殘壞、鋼屋架銹蝕等結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的安全隱患。因此，在對(duì)原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件減少破壞的前提下，如何快速準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)出工業(yè)文物建筑結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)，以消除再生利用中的危機(jī)，這成為當(dāng)前亟待解決的重要問(wèn)題。

近年來(lái)，有關(guān)舊工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)安全的研究主要集中在結(jié)構(gòu)安全分析、結(jié)構(gòu)安全鑒定方法、結(jié)構(gòu)檢測(cè)評(píng)定、結(jié)構(gòu)維護(hù)管理[2]等方面。徐玉野等[3]認(rèn)為外包CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic)加固可以提高銹蝕鋼筋短柱的受剪承載能力，并顯著改善銹蝕鋼筋短柱的延性和耗能能力；裴興旺等[4]將耐火等級(jí)、火災(zāi)裂縫和變形作為評(píng)級(jí)指標(biāo)，建立基于Vague集相似度量理論的、考慮抗火性的火災(zāi)后工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)可靠性綜合評(píng)級(jí)模型；何華南等[5]提出采用承載功能、結(jié)構(gòu)整體性、使用狀況、結(jié)構(gòu)水平位移作為灰色聚類(lèi)分析的聚類(lèi)指標(biāo)，運(yùn)用層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)與灰色聚類(lèi)分析法來(lái)評(píng)定單層工業(yè)建筑上部承重結(jié)構(gòu)可靠性；王軍強(qiáng)[6]通過(guò)地震災(zāi)后的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和檢測(cè)，分析了單層工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)在地震中的破壞特征和原因，對(duì)舊工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)的安全鑒定、改造加固具有借鑒意義；Mosoarca等[7]認(rèn)為鋼筋混凝土材料的文物建筑應(yīng)當(dāng)同木材、石頭材質(zhì)的文物建筑應(yīng)予以同等重視，并且認(rèn)為鋼筋配筋率低、混凝土強(qiáng)度不高等因素危及工業(yè)文物建筑的結(jié)構(gòu)安全性；KC等[8]根據(jù)2015年尼泊爾地震期間文物建筑破壞和倒塌情況，認(rèn)為結(jié)構(gòu)和建筑類(lèi)型、結(jié)構(gòu)形態(tài)、結(jié)構(gòu)缺陷、局部場(chǎng)地效應(yīng)、使用年限、維護(hù)水平和材料質(zhì)量等因素共同影響文物建筑結(jié)構(gòu)的性能；位三棟等[9]研究超高性能混凝土用于對(duì)既有歷史保護(hù)建筑磚砌體承重墻的加固效果，認(rèn)為原墻體的損傷開(kāi)裂情況對(duì)結(jié)構(gòu)安全性有一定程度的影響。

上述研究大多針對(duì)一般的舊工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)安全評(píng)定、檢測(cè)加固技術(shù)以及結(jié)構(gòu)加固新材料等領(lǐng)域，但目前很少有學(xué)者將評(píng)定為全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位的工業(yè)建筑作為一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)研究，專(zhuān)門(mén)針對(duì)工業(yè)文物建筑結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)模型的研究仍然比較欠缺。根據(jù)《近現(xiàn)代歷史建筑結(jié)構(gòu)安全性評(píng)估導(dǎo)則》(試行)、DG/TJ 08-108-2014《中華人民共和國(guó)文物保護(hù)實(shí)施細(xì)則》(2003年)、優(yōu)秀歷史建筑保護(hù)修繕技術(shù)規(guī)程等文物保護(hù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，工業(yè)文物建筑維修改造需遵循真實(shí)性、完整性和不改變文物原狀的保護(hù)原則，盡量按原材料、原做法進(jìn)行施工。因此，影響工業(yè)文物建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)評(píng)定的指標(biāo)體系具有一定的特殊性，而一般的舊工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)評(píng)定指標(biāo)不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)工業(yè)文物建筑的安全等級(jí)狀態(tài)。同樣，其結(jié)構(gòu)安全等級(jí)評(píng)定方法針對(duì)工業(yè)文物建筑不具有適用性。本文根據(jù)CBR(Case-based Reasoning)方法原理[10]，通過(guò)實(shí)地調(diào)研、查閱文獻(xiàn)、大數(shù)據(jù)和咨詢(xún)專(zhuān)家等途徑收集到了單層鋼筋混凝土工業(yè)文物建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)評(píng)定合理準(zhǔn)確的案例，運(yùn)用熵權(quán)法確定8個(gè)指標(biāo)的權(quán)重[11]，并對(duì)指標(biāo)值進(jìn)行歸一化處理[12]。根據(jù)蛛網(wǎng)面積與形狀相似[13]，從源案例庫(kù)中找出貼近程度最高的源案例M，為目標(biāo)案例O提供準(zhǔn)確可靠的安全等級(jí)。該方法最終有效解決了工業(yè)文物建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)快速評(píng)定的難題。

圖1 工業(yè)文物建筑物結(jié)構(gòu)類(lèi)型所占比例

1 構(gòu)建蛛網(wǎng)模型

本文工業(yè)文物建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)評(píng)定模型構(gòu)建思路如圖2所示。

圖2 技術(shù)路線(xiàn)

1.1 屬性指標(biāo)的選擇

在工業(yè)文物建筑結(jié)構(gòu)加固過(guò)程中，整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度應(yīng)滿(mǎn)足GB 50144-2019《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》，保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。周樂(lè)等[14]提出混凝土強(qiáng)度是影響構(gòu)件極限承載能力的最主要因素，構(gòu)件的極限承載能力隨著混凝土強(qiáng)度的提高而明顯增大。劉芳等[15]研究增設(shè)構(gòu)造柱、墻體加固、屋架增設(shè)吊桿和基礎(chǔ)整體托換等修繕技術(shù)，驗(yàn)證該技術(shù)在近現(xiàn)代文物建筑結(jié)構(gòu)修繕中的有效性；饒力[16]通過(guò)局部損傷指數(shù)獲取遺址建筑整體結(jié)構(gòu)損傷指數(shù)，以此為依據(jù)判斷建筑結(jié)構(gòu)的安全性。根據(jù)以上學(xué)者的研究成果，結(jié)合《近現(xiàn)代歷史建筑結(jié)構(gòu)安全性評(píng)估導(dǎo)則》等上述標(biāo)準(zhǔn)和225份舊工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)報(bào)告，確定基礎(chǔ)承載能力、混凝土抗壓強(qiáng)度、柱碳化深度、受力構(gòu)件裂縫寬度、柱鋼筋保護(hù)層厚度、柱位移、梁截面損失率(梁受腐蝕面積與梁截面積的比值)、柱鋼筋銹蝕率8個(gè)指標(biāo)作為工業(yè)文物建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)評(píng)定的屬性參數(shù)，且根據(jù)這些參數(shù)建立源范例庫(kù)，評(píng)定出目標(biāo)案例準(zhǔn)確可靠的安全等級(jí)，其結(jié)構(gòu)安全評(píng)定指標(biāo)和安全等級(jí)如表1，2所示。

表1 安全評(píng)價(jià)指標(biāo)

表2 安全等級(jí)

1.2 建立源范例庫(kù)

具備CMA(China Inspection Body and Laboratory Mandatory Approval)資質(zhì)的工業(yè)建筑物檢測(cè)鑒定機(jī)構(gòu)依據(jù)《近現(xiàn)代歷史建筑結(jié)構(gòu)安全性評(píng)估導(dǎo)則》(試行)、GB 50144-2019《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》、《中華人民共和國(guó)文物保護(hù)實(shí)施細(xì)則》(2003年)、DG/TJ 08-108-2014《優(yōu)秀歷史建筑保護(hù)修繕技術(shù)規(guī)程》、JGJ/T 23-2011《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》、JGJ 8-2016《建筑變形測(cè)量規(guī)范》、GB/T 50344-2004《建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 50784-2013《混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，測(cè)試工業(yè)文物建筑的屋架撓度，逐個(gè)檢查屋架、排架柱、支撐、屋面板、吊車(chē)梁等構(gòu)件的使用缺陷，用混凝土回彈儀對(duì)屋架、排架柱的混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，并檢查屋面防水、散水等維護(hù)設(shè)施的使用情況，根據(jù)使用狀態(tài)對(duì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的安全等級(jí)進(jìn)行評(píng)定。因此，選取上述工業(yè)文物建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)評(píng)定結(jié)果準(zhǔn)確可靠的工程實(shí)例為源范例，收集上述8個(gè)屬性參數(shù)及相應(yīng)安全等級(jí)建立源范例庫(kù)M，準(zhǔn)備接受結(jié)構(gòu)安全等級(jí)評(píng)定的工業(yè)文物建筑為目標(biāo)范例O。其決策矩陣Z為：

(1)

式中：源范例M有m種結(jié)構(gòu)安全等級(jí)，構(gòu)成源范例集M=(M1，M2，…，Mm)；有n個(gè)影響結(jié)構(gòu)安全等級(jí)的評(píng)定指標(biāo)，組成了指標(biāo)集H=(H1，H2，…，Hn)。

1.3 屬性參數(shù)值歸一化處理

為了方便后面的相似度計(jì)算，考慮到柱碳化深度、混凝土抗壓強(qiáng)度等屬性參數(shù)的量綱、含義、性質(zhì)不一樣，具有不可公度性，因此常采用線(xiàn)性歸一化處理方法，歸一化處理后的轉(zhuǎn)化值能較好地度量該參數(shù)對(duì)目標(biāo)效果的影響[17]。一般而言，工業(yè)文物建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)評(píng)定的指標(biāo)集分為2種：一種為越大越優(yōu)型，即正向指標(biāo)，如地基承載能力、混凝土抗壓強(qiáng)度、柱鋼筋保護(hù)層厚度等屬于越大越優(yōu)型參數(shù)；另一種為越小越優(yōu)型，即逆向指標(biāo)，如柱碳化深度、受力構(gòu)件裂縫寬度、梁截面損失率、柱位移、柱鋼筋銹蝕率等屬于越小越優(yōu)型參數(shù)。通過(guò)式(2)(3)對(duì)各種屬性參數(shù)進(jìn)行規(guī)范化處理，將各屬性值換算到[0，1]區(qū)間。

越大越優(yōu)型：

(2)

越小越優(yōu)型：

(3)

式中：i=1，2，…，m，m為范例數(shù)；j=1，2,…,n，n為指標(biāo)數(shù)；min(xj)和max(xj)分別為工業(yè)文物建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)評(píng)定的源范例中第j個(gè)屬性的最小值和最大值；xij為樣本原始值。

1.4 熵權(quán)法計(jì)算屬性參數(shù)權(quán)重

目前，屬性權(quán)重計(jì)算方法主要包括：(1)主觀(guān)賦權(quán)法，如AHP法、最小平方和法和Delphi法等；(2)客觀(guān)賦權(quán)法，如主成分分析法、熵權(quán)法和多目標(biāo)最優(yōu)化方法等；(3)綜合賦權(quán)法，熵權(quán) - 層次分析法，主客觀(guān)綜合考慮[18,19]。本文根據(jù)提煉有代表性的8個(gè)屬性，并獲取到了這些屬性的客觀(guān)真實(shí)數(shù)據(jù)。

因?yàn)殪貦?quán)法計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單，計(jì)算結(jié)果客觀(guān)，決策結(jié)果可信度高的特點(diǎn)被廣泛運(yùn)用于多目標(biāo)決策問(wèn)題中[20]，故運(yùn)用熵權(quán)法確定本文8個(gè)屬性參數(shù)的權(quán)重。

(1)計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)下第i個(gè)范例指標(biāo)比重yij

(4)

式中：x′ij為第i個(gè)范例的第j個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值，i=1，2，…，m，j=1,2，…，n。

(2)計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的信息熵值

(5)

(3)計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重

(6)

dj=1-ej

(7)

1.5 基于蛛網(wǎng)模型相似度計(jì)算

基于范例推理的常用方法有很多，如概念語(yǔ)義距離相似度、全局相似度、局部相似度、結(jié)構(gòu)相似度、特征屬性相似度等，但他們的計(jì)算結(jié)果容易受到指標(biāo)極值的影響，最終會(huì)使計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確。本文提出一種綜合蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)和蛛網(wǎng)面積相似的模型計(jì)算方法，已在高速公路軟基工程處理方案中得以成功運(yùn)用，傳統(tǒng)范例推理法的計(jì)算匹配度為74.96%，而本文方法計(jì)算匹配度為89.43%[21]，根據(jù)指標(biāo)的個(gè)數(shù)8，從某一點(diǎn)輻射出8條射線(xiàn)，將平面平均分成8個(gè)區(qū)域，8條射線(xiàn)兩兩之間的夾角為45°(360°/8)，如下圖3所示。將各射線(xiàn)上的指標(biāo)值標(biāo)出后，連接各點(diǎn)形成封閉的蛛網(wǎng)圖形。通過(guò)分析各個(gè)蛛網(wǎng)圖形面積和形狀差異，來(lái)比較目標(biāo)范例與源范例之間的相似程度，找出與目標(biāo)范例的形狀面積最相似的源范例，差異越小相似度越高。該模型指標(biāo)越多，連線(xiàn)形成蛛網(wǎng)圖形的形狀和面積越精確，計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度越高。

圖3 蛛網(wǎng)形狀與面積相似度計(jì)算模型

1.5.1 面積相似度度量

(8)

(9)

式中：Si為第i個(gè)源范例與目標(biāo)范例O的面積差值；ai為它們的面積相似性誤差參數(shù)，其中ai的值越小，則它們的相似度越高；ri,j為第i個(gè)源范例第j個(gè)規(guī)范化指標(biāo)值；rO,j為目標(biāo)范例O第j個(gè)規(guī)范化指標(biāo)值。

1.5.2 形狀相似度度量

為了準(zhǔn)確客觀(guān)地繪制出蛛網(wǎng)圖形，需先將8個(gè)屬性指標(biāo)值進(jìn)行歸一化處理，再將這些處理后的指標(biāo)值賦予權(quán)重，得到新的指標(biāo)值分別標(biāo)注在8個(gè)指標(biāo)軸上。各個(gè)范例的蛛網(wǎng)圖形繪制完成后，根據(jù)屬性指標(biāo)值個(gè)數(shù)將蛛網(wǎng)圖形切割。由于屬性指標(biāo)個(gè)數(shù)8為偶數(shù)時(shí)，蛛網(wǎng)圖形按360°角度進(jìn)行8等份(360°/8)。如圖4所示，本文采用GCT法(Geometry Complex Transform)[22]的基本思想，描述蛛網(wǎng)圖形形狀特征。從蛛網(wǎng)圖形的中心點(diǎn)(靶點(diǎn))散發(fā)出8條射線(xiàn)，相鄰射線(xiàn)之間的夾角為45°，每條射線(xiàn)和反向延長(zhǎng)線(xiàn)與蛛網(wǎng)圖形交于兩點(diǎn)，令這兩點(diǎn)到圖形中心點(diǎn)o的距離分別為aj，bj。由于本文已將8個(gè)指標(biāo)值歸一化處理，并賦予權(quán)重，則aj，bj的值分別為第j個(gè)已處理的指標(biāo)值和第j+3個(gè)已處理的指標(biāo)值。以aj，bj參數(shù)構(gòu)建復(fù)數(shù)aj+ibj，構(gòu)建蛛網(wǎng)圖形復(fù)數(shù)空間特征向量F=(a1+ib1，a2+ib2，…，an+ibn)，其中該特征向量F有且只有唯一圖形生成。

圖4 封閉的蛛網(wǎng)圖形360°角8等份

(1)計(jì)算復(fù)數(shù)空間特征向量F的相位序列P

(10)

(2)計(jì)算相似相位序列

(11)

式中：δi為第i個(gè)源范例與目標(biāo)范例O相位序列相似性誤差參數(shù)。Pi, j為第i個(gè)源范例復(fù)數(shù)空間特征向量F相位序列的第j個(gè)元素；PO, j為目標(biāo)范例復(fù)數(shù)空間特征向量F相位序列的第j個(gè)元素。

(3)計(jì)算復(fù)數(shù)空間特征向量F的強(qiáng)度序列M

(12)

(4)計(jì)算相似度強(qiáng)度序列

(13)

(14)

式中：ηi為第i個(gè)源范例與目標(biāo)范例O強(qiáng)度序列相似性誤差參數(shù)；Mi, j為第i個(gè)源范例復(fù)數(shù)空間特征向量下強(qiáng)度序列的第j個(gè)元素；MO, j為目標(biāo)范例復(fù)數(shù)空間特征向量下強(qiáng)度序列的第j個(gè)元素；λi為第i個(gè)源范例相對(duì)于目標(biāo)范例O的尺寸縮放因子。

(5)形狀相似度度量C

(15)

式中：Ci為第i個(gè)源范例與目標(biāo)范例O的形狀相似度度量，Ci的值越小，則目標(biāo)范例O與源范例i的形狀越相似。相位序列δi與強(qiáng)度序列ηi在相似度上二者同等重要。

1.5.3 綜合相似度度量

目標(biāo)范例O與源范例M的相似程度是根據(jù)上述8個(gè)屬性指標(biāo)值圍成的蛛網(wǎng)面積大小和形狀相似兩個(gè)方面綜合考慮，而且蛛網(wǎng)面積和蛛網(wǎng)形狀一樣重要，則

(16)

式中：Ψi為第i個(gè)源范例M與目標(biāo)范例O的綜合相似度度量，Ψi越小，則目標(biāo)范例O與源范例i的形狀越相似。

2 實(shí)例分析

圖5 勘察現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況

2.1 工業(yè)文物建筑概況

湖北省黃石市某水泥廠(chǎng)舊址創(chuàng)建于1907年，是我國(guó)最早開(kāi)辦的三家水泥廠(chǎng)之一[23]。2013年，該水泥廠(chǎng)舊址被國(guó)務(wù)院公布為第七批全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位。礦渣庫(kù)始建于20世紀(jì)50～60年代，位于某水泥廠(chǎng)舊址南部，除屋架為鋼結(jié)構(gòu)外，其余均為鋼筋混凝土雙肢柱排架結(jié)構(gòu)，是具有大跨度、內(nèi)設(shè)吊車(chē)梁和隔墻形式的工業(yè)建筑，具有重要的歷史價(jià)值。自水泥廠(chǎng)停產(chǎn)后，因長(zhǎng)久未被使用且年久失修，缺乏日常保養(yǎng)，經(jīng)實(shí)地現(xiàn)狀勘察，目前礦渣庫(kù)殘壞嚴(yán)重，如圖5所示：受風(fēng)吹日曬及雨水沖刷，屋面石棉瓦殘損約為2500 m2，鋼屋架銹蝕嚴(yán)重，部分?jǐn)嗔?圖5a)；礦渣庫(kù)使用期間造成局部缺失，后期因長(zhǎng)期廢棄致使墻面風(fēng)化、露筋，殘壞面積約5000 m2(圖5b)；混凝土柱均有不同程度風(fēng)化，局部鋼筋外露、銹蝕，約4110 m2(圖5c)；北側(cè)柱間鋼筋混凝土梁缺失、風(fēng)化嚴(yán)重，部分僅殘存鋼筋，缺失約28.50 m3，風(fēng)化約510 m2(南側(cè)大部分因多被粉塵、灰土掩埋無(wú)法勘測(cè))，其余混凝土梁風(fēng)化面積約181 m2(圖5d)?，F(xiàn)存礦渣庫(kù)整體結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋面系統(tǒng)為鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)吊車(chē)梁，殘存多道隔墻。

2.2 屬性參數(shù)選擇

上文第1.1節(jié)已確定混凝土柱碳化深度、混凝土柱抗壓強(qiáng)度、柱鋼筋保護(hù)層厚度、受力構(gòu)件裂縫寬度、梁截面損失率、基礎(chǔ)承載能力、柱位移、柱鋼筋銹蝕率等8個(gè)指標(biāo)為工業(yè)文物建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)評(píng)定的關(guān)鍵影響因素。為了驗(yàn)證蛛網(wǎng)模型的可行性，本文以文獻(xiàn)[24]和結(jié)構(gòu)檢測(cè)報(bào)告中的15個(gè)舊工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)評(píng)定準(zhǔn)確可靠實(shí)例和第2.1節(jié)中的某水泥廠(chǎng)礦渣庫(kù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)評(píng)定工程作為研究對(duì)象，并將文獻(xiàn)和結(jié)構(gòu)檢測(cè)報(bào)告中前14個(gè)準(zhǔn)確可靠工程實(shí)例作為源范例樣本庫(kù)，第15個(gè)工程實(shí)例和本文礦渣庫(kù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)評(píng)定工程為目標(biāo)范例，根據(jù)上文計(jì)算方法，通過(guò)計(jì)算獲取結(jié)構(gòu)檢測(cè)報(bào)告中第15個(gè)工業(yè)文物建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)，并根據(jù)實(shí)際安全等級(jí)進(jìn)行驗(yàn)證。8個(gè)指標(biāo)參數(shù)及對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)安全等級(jí)如表3所示。

表3 工業(yè)文物建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)評(píng)價(jià)工程實(shí)例

因?yàn)樗x屬性參數(shù)的量綱、性質(zhì)和意義不同所以各屬性參數(shù)之間具有不可公度性，需采用式(2)(3)對(duì)表3中參數(shù)進(jìn)行歸一化處理。其中混凝土柱抗壓強(qiáng)度、柱鋼筋保護(hù)層厚度、基礎(chǔ)承載能力為越大越優(yōu)型參數(shù)，而混凝土柱碳化深度、受力構(gòu)件裂縫寬度、梁截面損失率、柱位移、柱鋼筋銹蝕率為越小越優(yōu)型參數(shù)，歸一化結(jié)果如表4所示。

2.3 屬性參數(shù)權(quán)重計(jì)算

根據(jù)式(5)～(7)，對(duì)表4的歸一化結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，得到屬性參數(shù)的信息熵值e、信息效用值d，據(jù)此得到各屬性參數(shù)的權(quán)重，如表5所示。

2.4 基于蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)相似度計(jì)算

根據(jù)式(9)(15)(16)，綜合考慮蛛網(wǎng)圖形的面積相似度和形狀相似度兩個(gè)方面，分別計(jì)算序號(hào)為15的目標(biāo)范例與序號(hào)為1～14的源范例之間的綜合相似程度，并根據(jù)8個(gè)指標(biāo)參數(shù)分別構(gòu)建出目標(biāo)案例O與源范例M間的蛛網(wǎng)圖形，計(jì)算結(jié)果和構(gòu)建的蛛網(wǎng)圖形如表6所示。

比較目標(biāo)范例與各個(gè)源范例之間的蛛網(wǎng)圖形差異，并計(jì)算各個(gè)圖形之間的綜合相似度，根據(jù)上表可以看出，目標(biāo)范例15與源范例14最相似，對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為D級(jí)，已嚴(yán)重影響整體安全，必須立即采取措施，應(yīng)對(duì)構(gòu)件進(jìn)行除銹、整修，表面刷防銹漆，局部外粘鋼板或碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)加固，平常應(yīng)加強(qiáng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與巡查工作。與結(jié)構(gòu)檢測(cè)報(bào)告中工業(yè)文物建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)評(píng)定一致，說(shuō)明采用本文提出的工業(yè)文物建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)評(píng)定模型有效，可以用于類(lèi)似的工業(yè)文物建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)評(píng)定。根據(jù)表6的原理，同理可得到某水泥廠(chǎng)舊址中的礦渣庫(kù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)(序號(hào)為16的目標(biāo)范例)與序號(hào)為1～14的源范例之間的相似度和蛛網(wǎng)圖形，如表7所示。

從表7可以看出，目標(biāo)范例16即本文提到的礦渣庫(kù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)評(píng)定與源范例6最相似，因此該礦渣庫(kù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為B級(jí)，尚不明顯影響整體安全，有極少數(shù)構(gòu)件應(yīng)采取措施，可以對(duì)構(gòu)件加壓水清理風(fēng)化表面，鋼刷刷掉表面粘結(jié)不實(shí)的灰渣層，對(duì)外露鋼筋或斷筋做除銹處理，按照原柱尺寸，用聚合物砂漿或環(huán)氧砂漿修復(fù)，局部外粘鋼板或碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)加固，定期對(duì)少數(shù)構(gòu)件進(jìn)行檢測(cè)并做好保護(hù)工作。

表4 8個(gè)屬性參數(shù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)歸一化結(jié)果

表5 信息熵值、信息效用值及權(quán)重

表6 基于蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)的目標(biāo)范例15與各個(gè)源范例間的相似度

表7 基于蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)的目標(biāo)范例16與各個(gè)源范例間的相似度

3 結(jié) 論

本文以某水泥廠(chǎng)舊址中的礦渣庫(kù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)評(píng)定為研究對(duì)象，主要獲得如下結(jié)論：

(1)結(jié)合《近現(xiàn)代歷史建筑結(jié)構(gòu)安全性評(píng)估導(dǎo)則》、《中華人民共和國(guó)文物保護(hù)實(shí)施細(xì)則》、GB 50144-2019《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》，并考慮工業(yè)文物建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)評(píng)定的特點(diǎn)，構(gòu)建了包含混凝土柱碳化深度、混凝土柱抗壓強(qiáng)度、柱鋼筋保護(hù)層厚度、裂縫寬度、梁截面損失率、基礎(chǔ)承載能力、柱位移、柱鋼筋銹蝕率8個(gè)參數(shù)作為評(píng)定指標(biāo)。評(píng)定指標(biāo)越多，計(jì)算結(jié)果越精確。

(2)運(yùn)用熵權(quán)法確定8個(gè)評(píng)定指標(biāo)的權(quán)重時(shí)，能夠克服主觀(guān)性大、客觀(guān)解釋性差的問(wèn)題。同時(shí)，本文提出一種綜合蛛網(wǎng)形狀和蛛網(wǎng)面積相似的模型計(jì)算方法，能有效減少指標(biāo)突變值對(duì)計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確度的影響，并通過(guò)工程實(shí)例驗(yàn)證了該模型計(jì)算方法的可行性。

(3)我國(guó)大量遺存的舊工業(yè)建筑未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)將是先評(píng)定為工業(yè)遺產(chǎn)，然后申請(qǐng)為工業(yè)文物建筑。根據(jù)中國(guó)文物古跡保護(hù)準(zhǔn)則，工業(yè)文物建筑比一般的舊工業(yè)建筑保護(hù)要求更高，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)評(píng)定難度更大，有關(guān)的影響因素眾多，計(jì)算工作量大，相關(guān)方面的研究鮮有涉及。本文提出的工業(yè)文物建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)評(píng)定的方法使用方便，結(jié)果客觀(guān)，能為地方政府在文物保護(hù)方案決策中提供參考。